具体实施方式

下面，将参照附图对各实施例进行详细描述。注意，以下实施例并不旨在限制所要求保护的发明的范围。各实施例中描述了多个特征，但发明并不被限制为需要所有这些特征，多个这些特征可以适当地组合。此外，在附图中，相同的附图标记被赋予相同或类似的构造，并且省略其冗余描述。

下面，将通过示例性地示出各个均包括在喷墨打印装置的打印头中的打印元件基板来描述各实施例。然而，要排出的材料不限于墨水，而是也可以是其他液体。也就是说，将在以下各实施例中示例性地示出的喷墨打印装置是液体排出装置的一个示例，打印头是液体排出头的一个示例，打印元件基板是头基板的一个示例。

(第一实施例)

图1B是示出了根据第一实施例的打印元件基板1的一部分布置的示意性平面图。打印元件基板1构造成能够驱动多个喷嘴，每个喷嘴能够排出墨水。图1B示出了对应于多个喷嘴中的一个喷嘴的部分。图2A是沿图1B中的切割线d1-d1截取的示意性剖视图，图2B是沿图1B中的切割线d2-d2截取的示意性剖视图。

如图2A和2B所示，孔板212经由保护膜201和防空化膜107布置在打印元件基板1上。在孔板212中设置了墨水流路108和排出端口(孔口)111。排出端口111以与每个喷嘴相对应的方式设置在墨水流路108的上方。此外，墨水供应端口109和墨水出口端口110以与墨水流路108连通的方式设置在打印元件基板1中。孔板212可以是打印元件基板1的一部分。

为了方便描述，本说明书中描述的“上/下”被定义为对应于图2A和2B中的上/下，即排出墨水的那侧(排出端口111侧)被定义为上侧，而相反侧被定义为下侧。

打印元件基板1包括加热器101和一对温度传感器102和112。加热器101是在被驱动(被通电)时产生热量的电热转换器，并且设置在排出端口111的下方(以便在平面视图中与排出端口111重叠)。对于加热器101，例如使用相对容易形成高电阻的材料，诸如TaSiN。加热器101以在平面视图中通常呈矩形形状的方式由薄膜形成。

注意，在本实施例中，加热器101在平面视图中具有长方形的外部形状，即具有长边作为一侧、短边作为另一侧。此外，在本实施例中，如从图1B、2A和2B可以看出的，加热器101的通电方向和墨水流路108的延伸方向互相平行。

温度传感器102和112布置成在平面视图中靠近加热器101在长边侧的中心部分，并且作为薄膜设置在与加热器101相同的层中。即，加热器101和温度传感器102和112(或构成它们的薄膜)几乎同时通过使用已知半导体制造工艺的预定步骤(例如，沉积步骤、图案化步骤或类似步骤)形成。因此，它们由相同的材料形成。

保护膜201设置成覆盖加热器101和温度传感器102和112并使它们彼此绝缘。例如，SiN或类似材料的绝缘构件用于保护膜201。

防空化膜107布置在保护膜201上并暴露于墨水流路108。防空化膜107在墨水流路108的宽度方向上设置在孔板212的壁部和保护膜201之间(参见图2A)，以便在平面视图中与加热器101和温度传感器102和112重叠(参见图1B)。例如，可以将能够实现所需的抗空化的材料(例如Ta)用于防空化膜107。

根据图1B可以看出，在平面视图中，温度传感器102和112分别设置在加热器101两侧的位置处，在该位置处温度传感器102和112与防空化膜107和墨水流路108重叠。

位于加热器101上方的墨水流路108的一部分及其外周部分用作起泡室，用于通过接收加热器101的热量来使墨水起泡。温度传感器102和112可以检测起泡室的温度。起泡室可以被指定为例如墨水流路108的在平面视图中与防空化膜107重叠的部分。

注意，在本实施例中采用其中布置有一对温度传感器102和112的结构，但可以省略温度传感器中的一个。例如，如图1A所示，单个温度传感器102(或112)可以布置在加热器101的一侧。

打印元件基板1通过在基板211上的绝缘构件202中设置多个布线层(也将被称为金属层、导电层等)而形成。绝缘构件202是通过堆叠多个层间绝缘膜而形成的，并且上述布线层中的每一层可以布置在层间绝缘膜之间。诸如硅的半导体材料可以用于基板211，诸如氧化硅的绝缘材料可以用于绝缘构件202。

上述加热器101和温度传感器102和112通过设置在上述多个布线层中的布线图案(也将被称为线图案，或简单地称为图案等)和导电插头(也将被称为接触插头、通孔等)而彼此电连接，由此形成能够实现打印功能的电路。在本实施例中，总共设置了三个布线层：最接近基板211的第一层、第一层上方的第二层、以及作为最上层设置在绝缘构件202上的第三层。

加热器101经由位于短边侧的一个端部处的导电插头103连接到第二层中的布线图案203a，并且经由另一端部处的导电插头104连接到第二层中的布线图案203b。注意，布线图案203a通过将在后面描述的开关元件303(参见图3)接地，并且布线图案203b连接至电源线。

如图1B所示，温度传感器102经由设置在长边方向上的两个端部处的导电插头105和106连接到预定的布线图案。例如，如图2A所示，温度传感器102经由设置在一个端部处的导电插头106连接到第二层中的布线图案203c，并且还经由导电插头206连接到第一层中的布线图案204a。

与温度传感器102类似，温度传感器112经由设置在长边方向上的两个端部处的导电插头113和114连接到预定的布线图案。例如，如图2A所示，温度传感器112经由设置在一个端部处的导电插头114连接到第二层中的布线图案203d，并且还经由导电插头205连接到第一层中的布线图案204b。

散热图案207布置在加热器101下方的第二层中。散热图案207经由插头209连接至第一层中的散热图案208，并且散热图案208经由插头210连接至基板211。根据这样的布置，如果加热器101被驱动以产生热量、然后驱动被抑制，则热量会被迅速地消散至基板211。

注意，散热图案207和208可以以与布线图案203a相同的方式或类似的方式形成，并且插头209和210可以以与插头205相同的方式或类似的方式形成。相应地，例如，可以针对它们使用具有相对较低的电阻和相对较大的导热性的材料(诸如铜)。

图3是示出了用于使用驱动信号HT驱动加热器101的加热器驱动电路和用于使用控制信号SE处理温度传感器102的信号的处理电路的电路图。

电压源301是向加热器101提供恒定的电压VH以驱动加热器101的恒定电压源。如果驱动信号HT达到ON电平(其也可以称为高电平、激活电平等)，则开关元件303被设定在导电状态，并且电压VH经由导电插头103(参见图2B)被施加至加热器101。如果驱动信号HT达到OFF电平(其也可以被称为低电平、停用电平等)，则开关元件303被设定在非导电状态，并且抑制电压VH施加至加热器101。

以这种方式，电压VH根据驱动信号HT的ON/OFF电平以矩形脉冲的形式施加至加热器101，并且加热器101被驱动。这引起稍后将描述的墨滴501(参见图5A和5B)从排出端口111排出，不过稍后才描述细节。

电流源302是用于向温度传感器102提供恒定电流Iref的恒定电流源。如果控制信号SE达到ON电平(其也可以被称为高电平、激活电平等)，则开关元件304被设定在导电状态，并且电流Iref通过导电插头105(参见图1B)供应至温度传感器102。此外，开关元件305和306中的每一个被设定在导电状态，温度传感器102的两个端部处的电压(VSS是一个端部处的电压，VS+VSS是另一端部处的电压)被输入到差动放大器307。如果控制信号SE达到OFF电平(其也可以被称为低电平、停用电平等)，则开关元件304被设定在非导电状态。这抑制了电流Iref供应至温度传感器102，并且还抑制了温度传感器102的两个端部处的电压输入至差动放大器307。

要由温度传感器102检测的温度随着加热器101被驱动而升高，并通过经由散热图案207等的散热、向墨水流路108的散热等而下降。

这里，设T为由温度传感器102检测的温度，RS为温度传感器的电阻值，T0为正常温度，RS0为温度T0下温度传感器的电阻值，TCR为电阻的温度系数，得到等式(1)。

RS＝RS0×{1+TCR×(T-T0)}...(1)

当电流Iref被供应给温度传感器102时，在温度传感器102的两个端部之间产生电位差VS。该电位差VS由等式(2)表示。

VS＝Iref×RS＝Iref×RS0{1+TCR×(T-T0)}...(2)

将上述电位差VS输入至差动放大器307，差动放大器307输出对应于上述电位差VS的电压Vdif。作为能够实现所需的电路操作的偏移电压，将电压Vref施加至差动放大器307。设Gdif为差动放大器307的放大系数，差动放大器307的输出电压Vdif由等式(3)表示。

Vdif＝Vref-Gdif×VS...(3)

图4示出了当加热器101被脉冲宽度为0.3μs的驱动信号HT驱动时由温度传感器102检测的温度(下文将被简称为检测温度)的模拟结果。波形406表示驱动信号HT。作为参考例，波形401表示在温度传感器102经由绝缘构件202的层间绝缘膜设置在加热器101下方的情况下检测的温度。波形402、403和404表示在本实施例中温度传感器102的检测温度，并且对应于加热器101和温度传感器102之间的间隔分别为0.5μm、1.0μm和1.5μm的情况。

图5A和5B中的每一幅是沿切割线d1-d1截取的示意性剖视图，示出了墨滴501从排出端口111排出的状态。在排出时，墨滴501的一部分由于加热器的驱动形成的气泡的负压而作为所谓的拖尾返回到墨水流路108(其起泡室)(这将被称为返回墨滴502)。图5A表示墨滴501在几乎垂直于孔板212表面的方向上排出的状态，图5B表示墨滴501在相对于孔板212的表面倾斜的方向上排出的状态。

如图4所示，在作为参考例的波形401的情况(温度传感器102经由绝缘构件202的层间绝缘膜设置在加热器101下方的情况)下，在施加驱动信号HT后立即检测的温度高于根据本实施例的波形402至404的每种情况下的检测温度。其原因是，在参考例的结构中，温度传感器102可被布置成面对加热器101。另一原因是，通过减薄加热器101与温度传感器102之间的层间绝缘膜(例如使膜厚度约为0.35μm)，容易靠近彼此地布置加热器101和温度传感器102。由于这些原因，在参考例的结构中，加热器101和温度传感器102之间的热阻低，并且由加热器101产生的热量容易传播到温度传感器102。

在本实施例中(在波形402至404的每种情况下)，通过将位于加热器101一侧的温度传感器102设置得靠近加热器101，可以提高温度传感器102的检测精度。此外，通过将温度传感器102设置成邻近加热器101的长边侧的中心部分，热量容易从加热器101传播至温度传感器102，并且温度传感器102可以被设置为长形形状。这使得能够进一步提高温度传感器102的检测精度。

进一步，在本实施例中，如图1B、2A和2B所示，防空化膜107在平面视图中与加热器101和温度传感器102这两者重叠。因此，由加热器101产生的热量经由绝缘构件202的层间绝缘膜从加热器101传播到防空化膜107，然后经由层间绝缘膜从防空化膜107传播到温度传感器102。

另一方面，在墨滴501随着加热器101的驱动从排出端口111排出之后(例如，在大约2μs之后)，防空化膜107被部分地返回至墨水流路108的返回墨滴502冷却。

这里，如图4中的各特征点K所示，在驱动加热器101后约2μs内，温度传感器102被上述返回墨滴502经由保护膜201、加热器101和绝缘构件202的层间绝缘膜冷却，并且检测到的温度相对急剧地下降。根据本实施例(波形402至404)，检测到的温度甚至比参考例(在波形401的情况下)更急剧地下降。其原因是，在本实施例中温度传感器102和返回墨滴502之间的距离比参考例中的距离小。

因此，在本实施例中，温度传感器102和返回墨滴502之间的热阻比参考例中的热阻低，并且温度传感器102容易被返回墨滴502冷却。因此，根据本实施例，可以说温度传感器102能够适当地检测返回墨滴502。换句话说，在本实施例中，与检测加热器101的温度变化相比，温度传感器102更适合于检测墨水流路108的起泡室中由于返回墨滴502引起的温度变化。

这里，如图5A所示，当墨滴501被适当地排出时，返回墨滴502可在加热器101的中心部分处产生，如单点链线所表示的。另一方面，如图5B所示，当墨滴501被不适当地排出时，返回墨滴502会在偏离加热器101中心部分的位置处产生。在这种情况下，可以施加在特征点K后的检测温度上的影响对于参考例的波形401而言相对较小，但是对于本实施例的波形402至404而言比参考例(波形401)更大。

更具体地说，返回墨滴502靠温度传感器102越近，特征点K后的检测温度下降越急剧，而返回墨滴502离温度传感器102越远，则特征点K后的检测温度下降越平缓。因此，在图5B所示的情况下，特征点K后的检测温度相对平缓地下降。

如图1B所示，在本实施例中，温度传感器112相对于加热器101布置在温度传感器102的相反侧，即该对温度传感器102和112布置成相对于加热器101对称。与温度传感器102类似，温度传感器112可以根据在加热器101被驱动后产生的返回墨滴502而适当地检测墨水流路108的起泡室中的温度变化。当返回墨滴502从加热器101的中心部分偏向一个端部时，该对温度传感器102和112的检测结果彼此不同。因此，根据温度传感器102和112的检测结果，可以确定墨滴501是否已经被适当地排出(墨滴501是否已经在与孔板212的表面垂直的方向上排出)。

进一步地，根据本实施例，还可以根据温度传感器102和112的检测温度的下降模式(即，特征点K后的检测温度的变化量之间的差)来计算墨滴501的排出方向。

加热器101和温度传感器102和112被布置在相同层中。在本实施例中，它们被布置在绝缘构件202的上表面上并且被布置在最靠近墨水流路108的第三层中。因此，可以适当地实现加热器101对墨水的加热和温度传感器102和112对由于返回墨滴502引起的温度变化的检测。

图6A和6B中的每一幅是作为如图1A中所示的另一示例的打印元件基板1的示意性平面图。为了进行区分，在图6A所示的示例中使用温度传感器601，在图6B所示的示例中使用温度传感器604。

在图6A所示的示例中，假定加热器101的电阻值比图1A所示的情况中的小。在这种情况下，温度传感器601的长度被设定成使得当电流Iref被供应至温度传感器601时在温度传感器601中产生的电压等于在温度传感器102的情况下的电压(从而获得电压VS)。即，温度传感器601的长度可以被设定成使得温度传感器601的电阻值等于温度传感器102的电阻值。相应地，在图6A所示的示例中，温度传感器601比温度传感器102长。

在图6B所示的示例中，假定加热器101的电阻值比图1A所示的情况中的大。同样在这种情况下，与图6A一样，温度传感器604的长度可以被设定成使得当电流Iref被供应至温度传感器604时在温度传感器604中产生的电压等于在温度传感器102的情况下的电压(从而获得电压VS)。相应地，在图6B所示的示例中，温度传感器604比温度传感器102短。

注意，在图6B所示的示例中，如果需要进一步降低比温度传感器102短的温度传感器604的电阻值，则可以增大温度传感器604的宽度。此时，温度传感器604可以被布置成在平面视图中与墨水流路108(其起泡室)重叠。此外，当增大温度传感器604的宽度时，导电插头105和106的数量可以增加，如图6B中所示。

(第二实施例)

在上述第一实施例中，已经举例说明了其中该对温度传感器102和112以邻近加热器101的方式分别布置在加热器101的短边方向上的两侧处的结构。然而，本发明并不限于这种模式。

图7是示出了根据第二实施例的打印元件基板1的一部分布置的示意性平面图。在本实施例中，除了布置温度传感器102和112之外，温度传感器701和702还以邻近加热器101的方式分别布置在加热器101的长边方向上的两侧处。即，温度传感器102、112、701和702分别沿着加热器101的四侧边布置，以在平面视图中包围加热器101。

注意，温度传感器701经由设置在两个端部处的导电插头703和704连接到预定的布线图案，温度传感器702经由设置在两个端部处的导电插头705和706连接到预定的布线图案。

根据第一实施例中的布置(参见图1B)，如果返回墨滴502在平面视图中已经偏向加热器101的长边侧，则可以检测到这一点。根据本实施例，还可以进一步检测到返回墨滴502已经偏向短边侧。

进一步，根据本实施例，还可以根据除温度传感器102和112之外的温度传感器701和702的检测温度的下降模式来计算墨滴501的排出方向，从而能够以比第一实施例更高的精度进行计算。

(第三实施例)

图8是示出了根据第三实施例的打印元件基板1的一部分布置的示意性平面图。在本实施例中，总共布置了四个温度传感器807至810，使得在加热器101的每个长边上布置有两个温度传感器。温度传感器807经由设置在两个端部处的导电插头811和812连接到预定的布线图案。温度传感器808经由设置在两个端部处的导电插头813和814连接到预定的布线图案。温度传感器809经由设置在两个端部处的导电插头815和816连接到预定的布线图案。温度传感器810经由设置在两个端部处的导电插头817和818连接到预定的布线图案。

即使采用如上所述的布置，也可以获得与上述第二实施例中的效果类似的效果。即，如果特征点K(参见图4)出现在温度传感器807至810中的至少一个的检测结果中，则可以确定已经出现了返回墨滴502。进一步，还可以根据温度传感器807至810的检测温度的下降模式计算墨滴501的排出方向。

(第四实施例)

图9是示出了根据第四实施例的打印元件基板1的一部分布置的示意性平面图。图10A是沿图9中的切割线d3-d3截取的示意性剖视图，图10B是沿图9中的切割线d4-d4截取的示意性剖视图。

在本实施例中，在平面视图中在加热器(将被称为加热器901以进行区分)的中心部分处设置有开口，并且温度传感器(将被称为温度传感器902以进行区分)布置在该开口中。与加热器101类似，加热器901经由设置在连个端部处的导电插头103和104连接至预定的布线图案。温度传感器902经由设置在两个端部处的导电插头903和904连接至预定的布线图案。

对应于设置成使得温度传感器902可以布置在加热器901的中心部分处的所述开口，可以在散热图案207中设置开口以使得该散热图案207与布线图案203c和203d电隔离(参见图10A和10B)。即，散热图案207被布置成围绕布线图案203c和203d。

与散热图案207类似，在散热图案208中设置开口以使得散热图案208与布线图案204a和204b电隔离。即，散热图案208被布置成将布线图案204a和204b夹在中间。

根据本实施例，通过在加热器901的中心部分处设置开口并在开口中设置温度传感器902，温度传感器902在其整个外周处被加热器901包围。因此，从加热器901到温度传感器902的热传播效率提高，并且温度传感器902的检测精度可以进一步提高。

(第五实施例)

图11是示出了根据第五实施例的打印元件基板1的一部分布置的示意性平面图。在本实施例中，打印元件基板1包括一对加热器(将被称为加热器1101和1102以进行区分)和温度传感器(将被称为温度传感器1103以进行区分)。加热器1101和1102是电并联的，并且在排出墨滴501时它们可以几乎同时被驱动。加热器1101和1102以及温度传感器1103沿着墨水流路108的延伸方向(墨水流动的方向)延伸，并且温度传感器1103布置在加热器1101和1102之间。

加热器1101经由设置在两个端部处的导电插头1104和1105连接至预定的布线图案。加热器1102经由设置在两个端部处的导电插头1106和1107连接至预定的布线图案。温度传感器1103经由设置在两个端部处的导电插头1108和1109连接至预定的布线图案。

在本实施例中，加热器1101和1102以及温度传感器1103沿一个方向延伸。因此，如上述第一实施例(参见图1B、2A和2B)那样，散热图案207和208可以被布置成与布线图案203a至203d、204a和204b适当地电隔离。

根据本实施例，加热器1101和1102分别布置在温度传感器1103的两侧。因此，从加热器1101和1102到温度传感器1103的热传播效率提高，并且温度传感器1103的检测精度可以进一步提高。

(第六实施例)

图12是示出了根据第六实施例的打印元件基板1的一部分布置的示意性平面图。图13A是沿图12中的切割线d5-d5截取的示意性剖视图，图13B是沿图12中的切割线d6-d6截取的示意性剖视图。

在本实施例中，打印元件基板1包括一对加热器(将被称为加热器1201和1202以进行区分)和温度传感器(将被称为温度传感器1203以进行区分)。加热器1201和1202是并置的并沿着墨水流路108的延伸方向(墨水流动的方向)串联地电连接，并且在排出墨滴501时它们几乎同时被驱动。温度传感器1203被布置在加热器1201和1202之间，并且在墨水流路108的宽度方向上延伸。

加热器1201经由设置在墨水流路108的延伸方向上的两个端部处的导电插头1204和1205连接至预定的布线图案。加热器1202经由设置在墨水流路108的延伸方向上的两个端部处的导电插头1206和1207连接至预定的布线图案。加热器1201和1202经由第二层中的布线图案1301串联地电连接。布线图案1301经由一个端部处的导电插头1205连接至加热器1201，并经由另一端部处的导电插头1206连接至加热器1202。温度传感器1203经由设置在墨水流路108的宽度方向上的两个端部处的导电插头1208和1209连接至预定的布线图案。

由于布线图案1301被布置在温度传感器1203的下方，因此分别对应于加热器1201和1202的一对散热图案207被布置成与布线图案1301电隔离。即，如图13B所示，布线图案1301布置在该对散热图案207之间。该对散热图案207分别位于该对加热器1201和1202的下方。

根据本实施例，热量从该对加热器1201和1202这两者传播到温度传感器1203。因此，从加热器1201和1202到温度传感器1203的热传播效率改善，并且如上述第五实施例那样，温度传感器1203的检测精度可以进一步提高。

(其他)

在上述描述中，以采用喷墨打印方法的打印装置为例进行了描述，但打印方法不限于以上描述的模式。此外，打印装置可以是仅具有打印功能的单功能打印机，或可以是具有诸如打印功能、传真功能和扫描功能的多个功能的多功能打印机。此外，打印装置可以是例如用于通过预定的打印方法制造彩色滤光片、电子装置、光学装置、微观结构等的制造装置。

上述术语“打印”应作广义的解释。相应地，“打印”的模式对于在打印介质上形成的对象是否是诸如字符和图形之类的重要信息并不重要，并且对于该对象是否是可视化的以便人类可以视觉地感知该对象也不重要。

此外，类似于上述“打印”，上述“打印介质”应作广义的解释。因此，“打印介质”的概念除了通常使用的纸之外，还可以包括任何可以接受墨水的构件，例如布、塑料膜、金属板、玻璃、陶瓷、树脂、木材、皮革等。

此外，类似于上述“打印”，“墨水”应作广义的解释。因此，“墨水”的概念除了通过施加到打印介质上来形成图像、图形、图案等的液体之外，还包括可以用于处理打印介质、处理墨水的额外液体(例如，使施加至打印介质上的墨水中的着色剂凝固或不溶解)等。

本发明不限于上述实施例，在本发明的精神和范围内可以进行各种改变和修改。因此，为了让公众了解本发明的范围，提出了以下权利要求。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被给予最广泛的解释，以便涵盖包括所有此类修改以及同等的结构和功能。